Java中对象的内存分配与垃圾回收原理

Java对象在堆中分配，优先在Eden区，大对象直接进入老年代；JVM通过分代设计和可达性分析实现高效垃圾回收，采用标记-清除、标记-整理或复制算法，由Serial、Parallel、CMS或G1等收集器在内存不足时触发Minor GC或Full GC，以释放无引用对象内存。

Java对象的内存分配与垃圾回收机制是JVM运行时管理的核心部分，理解它们有助于编写更高效、稳定的程序。

对象的内存分配过程

当使用new关键字创建对象时，JVM会在堆（Heap）中为该对象分配内存。整个过程大致如下：

• 类加载检查通过后，JVM确定需要分配的空间大小
• 在堆中划分一块确定大小的区域，这个过程需要保证线程安全（如采用CAS操作或本地线程分配缓冲TLAB）
• 内存空间初始化为零值（不包括对象头）
• 设置对象头信息，比如哈希码、GC分代年龄、指向类元数据的指针等
• 执行构造函数（init方法），使对象初始化完成

大多数情况下，新创建的对象会直接分配到新生代的Eden区。如果对象较大，可能会直接进入老年代（通过-XX:PretenureSizeThreshold参数控制）。

堆内存结构与分代设计

JVM将堆划分为不同的区域，以提高内存管理效率：

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• 新生代：存放新创建的对象，分为Eden区和两个Survivor区（S0、S1）
• 老年代：存放经过多次GC仍存活的对象
• 永久代/元空间：存储类信息、常量、静态变量等（JDK8后元空间替代永久代，使用本地内存）

分代收集基于“弱代假设”：大多数对象朝生夕死，只有少数能存活较长时间。

垃圾回收的基本原理

垃圾回收的目标是识别并释放不再被引用的对象所占用的内存。核心步骤包括：

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• 通过可达性分析算法判断对象是否存活：从GC Roots（如栈中的局部变量、系统类加载器、JNI引用等）出发，能被引用到的对象视为存活
• 标记出所有存活对象，其余未被标记的即为可回收对象
• 根据使用的GC算法进行清理、整理或压缩

常见的回收方式有标记-清除（会产生碎片）、标记-整理（移动对象减少碎片）、复制算法（用于新生代，效率高但需预留空间）。

常见垃圾收集器与触发时机

JVM提供了多种垃圾收集器，适应不同场景：

• Serial GC：单线程，适用于客户端应用
• Parallel GC：多线程并行，关注吞吐量
• CMS GC：以低停顿为目标，老年代使用标记-清除
• G1 GC：面向大堆，将堆划分为多个区域，可预测停顿时间

GC的触发时机取决于内存分配压力：

• Eden区满时触发Minor GC
• 老年代空间不足或Major GC条件满足时触发Full GC
• System.gc()调用可能触发，但不保证立即执行

基本上就这些。掌握对象如何分配、何时被回收，有助于避免频繁GC、内存溢出等问题，提升应用性能。

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